2024年“科学探索奖”获奖人介绍｜先进制造领域

科学探索奖 2024

Xplorer Prize 2024

Xplorer Prize

获奖人：雷亚国

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代表性成果

机械装备在诊断出故障后，需要预测故障未来发展趋势，估计机械装备的剩余寿命，在装备完全失效前开展预测性维修，做到“防患于未然”。机械故障演化行为受随机波动性、个体差异性、工况时变性、测量不确定性等多源随机因素的影响，装备退化过程具有明显的不确定性，因而难以准确预测其剩余寿命。雷亚国建立了多重随机因素综合作用下的广义退化模型，统一了统计经验建模与物理损伤建模两类经典理论，提出了装备数模联动寿命预测方法，通过观测数据与退化模型的联合动态匹配，攻克了重大装备复杂退化行为的预测难题。研发了风电新能源远程监测平台，修正了德国VDI-3834行业标准，该平台已接入全国206个风场的10647台机组，将风电故障预警准确率从73%提高到了91%，实现了提前一个月对风电机组的寿命预测。该研究揭示了重大装备随机退化行为的建模表征原理，阐明了观测数据、工况参数与退化模型之间的动态匹配机制，突破了时变工况下剩余寿命预测精度低的瓶颈，将有助于推动工业界向机械装备预测性维护方向发展。

未来研究方向

针对可重复使用高速空天飞行器等重大空天装备新型号研制与服役安全保障的关键难题，拟开展空天飞行器结构智能健康监测“大模型”研究，建立不同型号、不同工况等多场景空天飞行器结构健康监测大数据库，提出多源异构数据共性特征智能提取方法，建立对多种地面研制试验及实飞测试场景强鲁棒的健康监测模型，提出智能健康监测的天地一致性保障理论。该研究将为重大空天装备的高精度、高可靠、智能化结构健康监测提供新理论和新技术，突破当前空天飞行器结构健康监测数据稀缺的瓶颈，攻克视觉、应变、光纤等多源数据难以协同监测飞行器结构健康状态的难题，解决由于型号差异、工况时变、天地环境不一致等因素导致的健康监测模型通用性差的阻碍，提升空天飞行器型号研制效率与服役维护水平，对保障人民生命安全、推进国防建设、促进航空航天工业的可持续发展具有重要意义。

获奖人：刘连庆

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代表性成果

机器人正在从单纯模拟生物体结构和功能的机械电子系统，向直接与生物活性物质融合的机电/生命混合系统转变，这种转变有望让大自然亿万年进化的结果得到直接应用，并催生全新的机器人——类生命机器人。生命物质的引入使得传统针对机电系统的测量、操作和建模方法难以适用，刘连庆提出了高扰动环境下三维运动高精度检测方法，发展了基于原子力显微镜的增强现实纳米操作技术，建立了基于粘弹性假设的有源动力学模型，初步构架了基于机电-生命在分子细胞尺度相融合的机器人系统，并初步实现了基于生命活性物质的感知、驱动和智能，有效推动了机器人由非生命系统向生命系统的转变。

未来研究方向

测量和操作是实现先进制造的基本手段，但却存在作业精度和作业范围的矛盾。目前类生命机器人研究对象集中于生物大分子、细胞和微型生物组织，作业精度和范围的跨度通常在6-7个量级(100pm@100µm-1mm)，随着科学的进展需要跨10个量级以上的测量和操作方法(100pm@1m)，以满足宏观尺度类生命机器人，以及大国重器中超大异形曲面高精度制造的迫切需求。然而现有刚性龙门架构体系存在机械回路长、振动噪声大等问题，难以同时满足大范围和高精度的要求。刘连庆提出柔性坐标系统取代刚性坐标系统的设想，并通过设计具有超短机械回路和机械差分抑噪功能的移动式纳米量测机器人，解决长机械回路、大振动噪声等对精度的影响，为大范围高精度机器人操作、多自由度精密制造提供新路径，并满足类生命机器人、大国重器制造的迫切需求。

获奖人：马天宝

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代表性成果

极端/复杂工况关键运动副润滑是高端装备性能提升亟需解决的难题之一，传统润滑技术面临挑战，固体超滑有望成为有效解决方案。马天宝探索了固体摩擦的本质起源以期从源头上减小或抑制摩擦，提出基于滑动过程界面电荷密度改变的摩擦模型，理论预测并实验实现了异质界面超滑状态，构筑了“多点接触/随机取向”超滑体系，提出了“剪切局域化”超滑机制及设计思想，实现了高接触压力、宽温域等极端/复杂工况鲁棒固体超滑。成果可将固体超滑从实验室推向工程应用，指导超滑轴承/低温自润滑关节轴承等研制，应用于国家重要工程任务中。

未来研究方向

将深入揭示载流摩擦的微观机制，提出高载流固体超滑新原理新方法。高载流固体超滑如能实现，有望解决目前航空航天、海洋能源等领域导电环等载流摩擦副高导电与低摩擦磨损难以兼顾的国际难题，大幅减小磨损、抑制焦耳热、降低燃弧风险，研究有望为高端装备大功率旋转电传输提供新的技术途径。

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2024年“科学探索奖”先进制造获奖人合影

关于科学探索奖

“科学探索奖”于2018年设立，是一项由新基石科学基金会出资、科学家主导人才遴选的公益奖项，是目前国内金额最高的青年科技人才资助项目之一。

“科学探索奖”评审委员会将每年遴选出不超过50名、年龄不超过45岁（2024年起，女性申报人年龄放宽到48岁）、在中国内地及港澳地区工作的青年科技工作者，鼓励他们心无旁骛地探索科学“无人区”。每位获奖者将连续5年、获得总计300万元资金。

2022年起，“科学探索奖”新增医学科学领域，共设10大领域，包括数学物理学、化学新材料、天文和地学、生命科学、医学科学、信息电子、能源环境、先进制造、交通建筑、前沿交叉。

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